适用于热带气旋分析的动态合成方法

介绍跟随热带气旋的动态合成方法,可以避免把简单算术平均的合成方法用于热带气旋分析时,不可避免地会带来信息平滑的问题。该方法采用随热带气旋移动的动态坐标,热带气旋中心即为坐标的的原点,将各个样本相同坐标的格点进行算术平均即可得到动态合成场。该方法可以使热带气旋结构保持相对完整,而且热带气旋周围环流系统的相对位置也基本得到保留;并给出了一个例子说明该方法是适用于热带气旋分析的。

东北冷涡下辽宁省短时强降水统计与合成分析

利用2000—2014年6—8月常规资料、FNL资料和辽宁省逐时降水资料,将东北冷涡分为北涡、中间涡和南涡,统计每类冷涡短时强降水特征,并进行动态合成分析。结果表明:短时强降水共755次,冷涡下227次,冷涡强降水多发生在1~3 h内。6月短时强降水主要由中间涡引起,7、8月中间涡与北涡共同影响,有一定周期变化;而南涡没有在辽宁产生强降水。北涡水汽输送充沛,中间涡水汽条件较差,切变辐合场与水汽输送的结合是有利于强降水的重要因子。降水基本处于斜压区内,冷涡中心降水处在斜压区北侧和高空急流左前方,高空槽前或槽后的降水处在斜压区南侧和急流中心右后方,降水区附近多有高空急流形成的次级环流配合。槽后降水区干侵入活动明显,冷涡中心降水主要通过高位涡诱发气旋性环流而触发上升运动。

两类登陆热带气旋的大尺度环流特征分析

采用动态合成分析方法,对1970-2006年登陆后北上类TC(tropical cyclone)和西行类TC各7个样本做动态合成分析和诊断,结果表明:(1)北上类TC在背景场长波槽前北移靠近中纬度斜压锋区,通过吸附运动使TC低压并入西风槽,而西行类TC背景场没有长波槽,离中纬度斜压锋区较远;(2)北上类TC登陆时存在西南低空急流水汽输送带,当其强度减弱后,TC东南侧存在东南暖湿气流作为补充,而西行类TC减弱后逐渐与之分离,且不存在东南暖湿气流作为补充;(3)北上类TC高层辐散区与高空急流边界靠近,因此增强了其向东北方向的辐散,低层由于高层动量下传,加强了低空西风,从而使TC低压环流维持,而西行类TC离高空急流边界较远;(4)北上类TC从中纬度斜压锋区获取斜压能量,其环流垂直切变增强,相对涡度差负值增大,在高空TC中心散度由大变小后又由小变大的过程中,TC发生了变性,而西行类TC没有环境能量补给,逐渐填塞消亡。因此,当一个TC登陆后,其预报移动方向、水汽输送状况、与斜压锋区的关系以及高空辐散气流等特征,可以作为初步判定登陆TC将减弱消亡还是将变性加强的可能原因。

登陆我国热带气旋变性加强与减弱的对比分析

利用日本气象厅1979—2008年的热带气旋年鉴资料和JRA-25资料(日本25年再分析资料),对登陆中国的变性加强(IET)和变性减弱(WET)两类热带气旋(TC)的环境场进行动态合成分析,并计算其动能收支项。分析表明:(1)IET(WET)在强(弱)的高空槽以及高空急流的影响下,高层辐散增强、低层辐合增强(减弱),上升运动明显加强(微弱加强),相应的IET(WET)变性加强(减弱)。(2)低层散度风动能制造的增加(减少)是IET(WET)变性后的低层气旋加强(减弱)的主要原因之一;低层散度风动能制造则与TC低层斜压锋区的发展密切相关。(3)IET(WET)受强(弱)的高空槽影响,高层旋转风动能制造相应增长(耗散),有利(不利)于其维持。

2008年春夏华南地区MCS时空分布和活动特征分析

利用2008年3—8月FY2号地球静止卫星逐小时红外亮温（TBB）资料对我国华南地区春夏中尺度对流系统（MCS）的分布和活动特征进行了统计分析，并采用动态合成分析方法，讨论MCS初生前、初生、成熟和消亡四个阶段的大尺度环境场特征。研究发现：（1）两广沿海地区和海南岛北部是两个主要MCS活跃区，从两广沿海往北，随纬度增加和深入内陆MCS发生频率降低；（2）MCS活动分布具有明显的月际变化特征，3—6月对流活动逐渐增强并北扩，6月对流活动最活跃，之后又逐渐减弱南退；（3）华南地区MCS日变化呈现双峰分布，午后到傍晚前是MCS全天发生的最高峰，傍晚前后MCS达到成熟高峰，MCS消亡高峰则出现在傍晚到晚上，另外清晨有一个MCS发生、成熟、消亡的次高峰；（4）MCS平均生命史为4．7h，3-7h的MCS占总数的90％，平均移速为25km／h，以向东移动为主，向南和向西次之；（5）华南MCS发生的大尺度环境场特征主要表现为：对流层高层，MCS被南亚高压东部的反气旋环流控制，云团北侧存在西风急流，造成较强的风切变；中层，MCS形成于副热带高压西北侧的西风槽上，云团内部出现局部中性层结；低层则有西南急流将水汽输送至华南，急流左侧（对应MCS发生处）形成低涡，水汽易在此大量堆积。

登陆热带气旋长久维持与迅速消亡的大尺度环流特征

采用动态合成分析方法 ,对登陆后长久维持热带气旋 (LTC)和迅速消亡热带气旋 (STC)的大尺度环流特征进行合成分析和动力诊断。研究表明 :(1)LTC登陆后 ,在一个长波槽前有向偏北移动靠近中纬度斜压锋区的趋势 ,而STC登陆后 ,无长波槽靠近 ,并远离中纬度斜压锋区 ;(2 )LTC登陆后 ,仍与一支低空急流水汽输送通道连结 ,而STC登陆后很快与这支水汽通道分离 ;(3)LTC登陆后逐渐变性 ,获取斜压能量 ,其环境风垂直切变增强 ,Δζ2 0 0 -850负值增大 ,而STC登陆后没有这样的特征 ;(4 )LTC登陆后 ,其高层与中纬度急流靠近 ,增强了其向东北方向的高空流出气流 ,而STC不存在这样一支流出气流 ;(5 )LTC登陆后 ,摩擦使其能量耗损 ,但从中高层环境中获得了能量 ,而STC登陆后 ,有同样的能耗却无明显的环境能量补给。因此 ,当一个热带气旋登陆后 ,从其移动趋势、与水汽通道的连结、与斜压锋区的关系和高空流出气流等特征 ,可以初步判断其是长久维持还是迅速衰减。

春季中国东部海域气旋急流在气旋发展中的作用研究

对2008—2014年中国东部海域春季海上发展气旋进行了统计与诊断分析。结果表明:1)这类气旋属于较浅薄的低值系统,垂直伸展高度多在600 h Pa以下,水平尺度多在1 500 km以内。伴随的强天气为大风、大浪与强降水,落区主要位于气旋东南部。2)气旋环流各层的大风急流区构成了气旋的东南部位,称为气旋急流。从高层到低层,气旋急流轴在垂直方向上呈逆时针旋转,形成气旋上大下小的漏斗形状。3)气旋急流左侧的气旋式切变有利于气旋中心强度的维持,上层气旋急流左侧对应下层气旋急流前部流速辐合区,有利于气旋式动力抽吸及在气旋东南部形成强的垂直上升运动区。各层气旋急流配置导致气旋的非对称结构,以及气旋要素的非对称分布。气旋急流向气旋中输入螺旋度以及充足的水汽,并在东南部强烈抬升,增强了凝结潜热释放,从热力和动力两方面促进气旋发展及强天气落区。4)春季下垫面温度分布(锋区)有利于气旋急流的增强,并通过西北部非绝热冷却和东南部非绝热加热,增强气旋斜压性。高空环境西风急流位于气旋右侧,形成了整层偏差风辐合,有效增强低层气旋急流。同时高空动量下传位于气旋西侧,首先增强气旋西北部的弱流部分(即气旋螺旋结构的下沉支),进而增强整个气旋的螺旋环流,促使气旋急流也从下层开始增强。

2013-2017年夏季东北冷涡下东北地区MCS的统计特征

利用2013-2017年6-8月FY-2E和FY-2G地球静止卫星相当黑体温度(Black Body Temperature,TBB)资料、NCEP/NCAR再分析资料,对我国夏季东北冷涡下东北地区MCS的分布和活动特征进行了统计分析,结果表明:(1) MCS的活动具有明显的月际变化和日变化特征,6月对流活动最活跃。MCS的主要移向是东、东北和东南,平均移动距离3.99个经纬距。(2) MCS成熟时刻的面积、偏心率和生命史均小于江淮地区以及中国中东部,云顶高度低于江淮地区,整个生命史表现出发展快消亡慢的特征,与江淮地区相反。(3)基于MCS的定义得到的Z标准,对2016-2017年的MCS作了统计分析并与J标准统计得到的MCS进行对比,得出,两种定义下的MCS环境场特征基本一致,主要表现为MCS多生成于500 hPa槽前和槽后,对流层高层MCS位于双急流之间靠近北支急流的辐散区,南侧急流高度在200 hPa,北侧的急流高度在250 hPa。低层,位于低空急流左侧,低涡南侧、东南侧,有较强的水汽和动量输送。槽前生成的MCS南侧中层存在垂直反环流向MCS输送干暖空气与位涡,槽后生成的MCS两侧均有大值位涡向其输送,同时北侧冷干空气的输送使锋区及上升运动加强,更有利于MCS的形成。(4)两种标准下的MCS造成的降水明显不同,在统计强降水方面Z标准要优于J标准。由于Z标准空间与时间尺度较小,统计得到的MCS较多;但同时会遗漏部分相对弱的MCS。